‘Huellas Digitales’ De Condiciones Meteorológicas Antiguas

Huellas digitales para condiciones climáticas antiguas

Los investigadores del MIT han descubierto que los patrones de ondas creadas en la arena y conservadas durante miles o millones de años pueden revelar pistas sobre entornos antiguos. Imagen cortesía de los investigadores.

Cuando una marea costera se despliega, puede revelar hermosas ondas en la arena temporalmente expuesta. Estos mismos patrones ondulados también se pueden ver en fondos marinos antiguos y petrificados que han estado expuestos en varias partes del mundo y se han conservado durante millones o incluso miles de millones de años.

Los geólogos buscan en las antiguas ondas de arena pistas sobre las condiciones ambientales en las que se formaron. Por ejemplo, el espacio entre las ondas es proporcional a la profundidad del agua y al tamaño de las ondas que moldearon las ondas subyacentes.

Pero las ondas de arena no siempre son perfectamente paralelas, son copias al carbón entre sí, y pueden mostrar varios pliegues y espirales. ¿Pueden estas desviaciones o defectos más sutiles, aparentemente aleatorios, decirnos algo sobre las condiciones en las que se formó un lecho marino arenoso?

La respuesta, según investigadores de MIT y en otros lugares, es sí. En un artículo publicado en línea y que aparece en la edición del 1 de octubre de Geology, el equipo informa que algunos defectos comunes que se encuentran en los fondos marinos antiguos y modernos están asociados con ciertas condiciones de las olas. En particular, sus hallazgos sugieren que los defectos de ondulación que se asemejan a relojes de arena, zigzags y diapasones probablemente se formaron en períodos de flujo ambiental, por ejemplo, durante fuertes tormentas o cambios significativos en los flujos de las mareas.


Hora -lapso de ondas de arena en un tanque de olas de laboratorio

“El tipo de defecto que ves en las ondas podría indicarte cuán dramáticos fueron los cambios en las condiciones climáticas en ese momento”, dice Taylor Perron, profesor asociado de geología y jefe asociado del Departamento de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias (EAPS) del MIT. . “Podemos usar estos defectos como huellas dactilares para decir no solo cuáles eran las condiciones promedio en el pasado, sino cómo estaban cambiando las cosas”.

Los defectos de ondulación en los lechos de arena antiguos también pueden influir en la forma en que fluyen los fluidos a través de las rocas sedimentarias, incluidos los depósitos subterráneos que contienen agua, petróleo y gas, o incluso dióxido de carbono almacenado, según Perron.

Además, dice, los patrones ondulados en la arena moderna actúan para hacer áspero el lecho marino, ralentizando las corrientes oceánicas cerca de la costa. Por lo tanto, saber cómo cambian las ondas en respuesta a las olas y las mareas cambiantes puede ayudar a predecir la erosión e inundaciones costeras.

Los coautores de Perron en el artículo son la ex estudiante graduada del MIT Kimberly Huppert ’11, PhD ’17, la ex estudiante de pregrado y postdoctorado actual Abigail Koss ’12, Paul Myrow de Colorado College, y el ex estudiante de pregrado Andrew Wickert ’08 de la Universidad de Minnesota .

Arrugas conservadas

El equipo comenzó a investigar la importancia de los defectos de ondulación hace varios años, cuando Myrow, que en ese momento estaba pasando su año sabático en el MIT, le mostró a Perron algunas fotos que había tomado de rocas sedimentarias grabadas con ondulaciones y surcos. Las rocas eran, de hecho, antiguos lechos de arena que tenían cientos de millones de años.

Las ondas esculpidas por ondas se forman cuando las ondas viajan a través de la superficie de un cuerpo de líquido. Estas ondas hacen que el agua debajo de la superficie dé vueltas y vueltas, generando flujos oscilantes que recogen los granos de arena y los depositan en un proceso que eventualmente crea canales y surcos en todo el lecho de arena.

Pero, ¿cómo podrían conservarse patrones tan delicados durante millones de años? Perron dice que varios procesos podrían esencialmente establecer ondas en su lugar. Por ejemplo, si el nivel del agua bajó repentinamente, podría dejar las ondas de un lecho de arena expuestas al aire, secándolas y endureciéndolas hasta cierto punto, de modo que retuvieran sus patrones incluso cuando más sedimentos se acumularon lentamente sobre ellos. miles de millones de años.

De manera similar, si un sedimento más fino como lodo o limo cubre un lecho de arena, como después de una gran tormenta, estos sedimentos podrían cubrir las ondulaciones existentes. Como explica Perron, esto esencialmente los “blindaría, evitando que las olas erosionen las ondas antes de que más sedimentos las entierren”. Con el tiempo, los sedimentos se convierten en rocas a medida que se entierran profundamente por debajo de la superficie de la Tierra. Más tarde, la roca que recubre las ondas puede erosionarse naturalmente, exponiendo de nuevo las ondas conservadas en la superficie.

Al mirar a través de fotografías de ondas de arena, Perron y Myrow notaron pequeños defectos que se asemejan a diapasones, zigzags y relojes de arena, tanto en los lechos de arena antiguos como en los modernos.

“La gente ha notado estos defectos antes, pero nos preguntamos, ¿son simplemente aleatorios o realmente contienen alguna información?” Perron dice.

Remando entre olas

Los investigadores se propusieron estudiar las diversas condiciones de las olas que generan ciertos patrones de ondulación y defectos. Para ello, construyeron un tanque de olas de acrílico que mide 60 centímetros de ancho, 50 centímetros de profundidad y 7 metros de largo. En un extremo del tanque, colocaron una paleta accionada por motor, que se movía hacia adelante y hacia atrás para generar ondas que viajaban a través del tanque.

En el otro extremo del tanque, erigieron una “playa” en pendiente artificial cubierta con una malla de polímero. Esta configuración sirvió para minimizar los reflejos de las olas: cuando una ola chocó contra la playa artificial, la energía se disipó dentro de la malla en lugar de salpicar e influir en las olas que se aproximaban.

El equipo llenó el tanque con un lecho de arena fina de 5 centímetros de espesor y suficiente agua para alcanzar los 40 centímetros de profundidad. Para cada experimento, colocaron la paleta para moverse hacia adelante y hacia atrás a una distancia constante, y registraron el lecho de arena a medida que se formaban ondas. En cierto punto, observaron que las ondas, y en particular, el espacio entre las ondas, alcanza un patrón estable y consistente. Registraron este espacio, junto con la velocidad y amplitud de la paleta, y luego, en 32 carreras experimentales, aumentaron o disminuyeron el movimiento de la paleta, lo que provocó que las ondas volvieran a transformarse en un espacio más ancho o más estrecho.

Curiosamente, encontraron que, en el proceso de ajuste a un nuevo espaciado, las ondas formaban defectos intermedios que se asemejan a zigzags, relojes de arena y diapasones, dependiendo de las condiciones de las olas establecidas por la paleta del tanque.

A medida que los investigadores acortaron el movimiento de ida y vuelta de la paleta, esto creó ondas más cortas, ondas más estrechas y patrones que se parecían a los relojes de arena. Si el movimiento de la paleta se acortaba aún más, creando ondas más rápidas y más cortas, un patrón de “crestas secundarias”, en las que las ondas existentes parecían formar ondas temporales de “sombra” a ambos lados, se imponía. Cuando los investigadores ampliaron el movimiento de la paleta, generando ondas más largas, las ondas formaron patrones en zigzag a medida que se desplazaban a un espacio más amplio.

“Si ve este tipo de defectos en la naturaleza, argumentamos que el lecho marino estaba experimentando algún tipo de cambio en las condiciones climáticas, las mareas o algo más que afectó la profundidad del agua o las olas, probablemente en el transcurso de horas o días”, dice Perron. . “Por ejemplo, si ves muchas crestas secundarias, puedes notar que hubo un cambio bastante grande en las olas en lugar de un cambio más pequeño, lo que podría darte relojes de arena”.

Los investigadores observaron que en todos los escenarios, aparecieron patrones que se asemejaban a diapasones, incluso después de que las ondas habían alcanzado un nuevo espacio estable.

“Estos diapasones tienden a quedarse durante mucho tiempo”, dice Perron. “Si los ve en rocas modernas o antiguas, sugieren que el lecho marino experimentó un cambio, pero luego las condiciones se mantuvieron estables y el lecho tuvo que adaptarse durante mucho tiempo”.

En el futuro, Perron dice que los geólogos pueden usar los resultados del equipo como un modelo para conectar ciertos defectos de ondulación con las condiciones del agua que pueden haberlos creado, tanto en el entorno moderno como en el pasado antiguo.

“Creemos que estos pequeños defectos pueden decirle mucho más sobre un entorno antiguo que solo cuál era el tamaño promedio de las olas y la profundidad del agua”, dice Perron. “Podían decirte si se trataba de un entorno que tenía mareas lo suficientemente grandes como para cambiar tanto las ondas, o si un lugar estaba experimentando tormentas periódicas, incluso hace miles de millones de años. Y si encontramos ondas antiguas en Marte , sabremos cómo leerlos “.

Esta investigación fue apoyada, en parte, por la National Science Foundation.

Publicación: J. Taylor Perron, et al., “Registro antiguo de flujos cambiantes por defectos de ondulación de ondas”, Geología, 2018; doi: 10.1130 / G45463.1

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